4.1.2. Параметричний стабілізатор.

Використовується в малопотужних джерелах живлення (з вихідним струмом 15...20 мА), а також у якості джерел опорної напруги в компенсаційних стабілізаторах і контрольно-вимірювальній апаратурі.

Основну схему одно каскадного параметричного стабілізатора наведено на рисунку 4.2,а. При зміні вхідної напруги струмчерез стабілітрон VD теж змінюється. Це призводить до незначних змін напруги на стабілітроні, а отже, і на навантаженні. Зміназалежить від приросту, опору резистора, і внутрішнього (диференційного) опору стабілітрона, який дорівнюєR_S=dU_S/dI_S.

Коефіцієнт стабілізації в загальному випадку визначається за формулою:

(4.1)

Для орієнтовних розрахунків використовують наближену формулу:

(4.2)

Для більш точних розрахунків рекомендується формула:

(4.3)

де – струм стабілітрона і навантаження відповідно.

Коефіцієнт корисної дії такого стабілізатора розраховується за формулою:

(4.4)

Внутрішній опір стабілізатора, обумовлений в основному диференційним опором стабілітрона, досягає мінімальної величини для стабілітронів з напругою стабілізації 6 ... 8В.

Рис. 4.2 Схема параметричного стабілізатора напруги: а) без термокомпенсації ; б) з термокомпенсацією; в) двохкаскадний

Температурний коефіцієнт напруги стабілітрона визначає відхилення вихідної напруги параметричного стабілізатора при зміні температури. Найбільшу температурну залежність мають прилади з напругою стабілізації. Температурна компенсація в цьому випадку може бути досягнута ввімкненням послідовно зі стабілітроном діодів в прямому напрямку (VD2 i VD3 на рис.4.2,б). Але при цьому зростає внутрішній опір стабілізатора за рахунок диференційних опорів термокомпенсуючих діодів. Крім того, термокомпенсований стабілізатор має підвищене значенняі зниженій коефіцієнт стабілізації.

Якщо потрібна підвищена стабільність вихідної напруги, то використовують двох каскадні (рис. 4.2,в), мостові схеми стабілізаторів або параметричні стабілізатори зі стабілізатором струму. Попередня стабілізація напруги в двох каскадному стабілізаторі (рис. 4.2,в) за допомогою елементів i VD1 дозволяє отримати достатньо високий коефіцієнт стабілізації вихідної напруги. Він визначається за формулою:

, (4.5)

де - динамічні опори стабілітронів VD1 і VD2.

4.2. Порядок виконання роботи

1. Запустити програму Multisim.

2. Побудувати та вивчити призначення всіх елементів схеми (рис. 4.3).

3. Дослідити зворотну гілку вольт-амперної характеристики напівпровідникового стабілітрону 1N4733A. Для цього:

• встановити значення напруги генератора 0,1В;

• увімкнути моделювання;

• занести показники амперметру (U1) та вольтметру (U2) до протоколу;

• вимкнути моделювання;

• повторити вищеназвані дії для наступних напруг генератора: 0,5В; 1В; 3В; 5В; 7В; 10В;

• побудувати вольт-амперну характеристику.

Рис. 4.3. Електрична принципова схема виміру вольт-амперної характеристики напівпровідникових стабілітронів

4. Побудувати та вивчити призначення всіх елементів схеми (рис. 4.4). Початкові значення потенціометрів дорівнюють 100%.

5. Зняти залежність струму стабілітрона, струму навантаження і вихідної напруги від опору навантаження. Для цього необхідно:

• зафіксувати значення ,, у п’яти значеннях потенціометра (0%, 25%, 50%, 75%, 100%);

• зробити такі ж виміри при мінімальному та середньому значеннях обмежувального опору (потенціометр та). Порівняти значення при і

Рис. 4.4 Схема електрична принципова параметричного стабілізатора

6. Результати вимірів звести в таблиці.

7. Побудувати графіки залежностей: і ,,,, при і Перший, другий, третій та четвертий, п'ятий, шостий графіки відповідно сполучаються.

8. Побудувати та вивчити призначення всіх елементів схеми (рис. 4.5). Початкові положення перемикачів «1». Напруга джерела сигналу повинна дорівнювати 3В.

9. Дослідити роботу одностороннього обмежувача. Для цього:

• увімкнути моделювання;

• зарисувати осцилограми вхідного і вихідного сигналів;

• визначити амплітуду вихідного сигналу;

• за допомогою клавіші «Space» змінити полярність увімкнення стабілітрона в контур;

• зарисувати осцилограму вихідного сигналу;

• вимкнути моделювання;

• збільшити амплітуду вхідного сигналу до 7В і повторити всі вищевказані підпункти п. 9;

• занести результати в протокол.

Рис. 4.5 Схема електрична принципова обмежувача на стабілітроні

10. Побудувати та вивчити призначення всіх елементів схеми (рис. 4.6). Напруга джерела сигналу повинна дорівнювати 4В.

11. Дослідити роботу двохстороннього обмежувача. Для цього:

• увімкнути моделювання;

• зарисувати осцилограми вхідного і вихідного сигналів;

• визначити амплітуду вихідного сигналу;

• вимкнути моделювання;

• повторити всі вищевказані підпункти п. 10 при наступних напругах джерела вхідного сигналу: 6В і 10В;

• занести отримані дані в протокол.

Рис. 4.6 Схема електрична принципова двохстороннього

обмежувача на стабілітроні

12. Побудувати та вивчити призначення всіх елементів схеми параметричного стабілізатора (рис. 4.7). Обчислити та порівняти значення коефіцієнтів стабілізації за формулою (4.2) при значеннях потенціометра R2 0%, 50% та 100% його значення_. Підключити навантажувальний резистор паралельно до стабілітрона D2 та знову обчислити такі жкоефіцієнти стабілізації. Результати занести до таблиці. Зробити висновки.

Рис. 4.7 Схема електрична принципова параметричного

стабілізатора

13. Вимкнути програму Multisim.

14. Проаналізувати отримані результати, зробити висновки й оформити протокол звіту.